大型油浸式电力变压器的火灾分析与预防

大型油浸式电力变压器的火灾分析与预防

“经济必须发展，能源必须首先发展。”近年来，中国的能源工业取得了很大进步，但由于大流程发展，有效开展能源生产的消防安全任务十分紧迫。大型油浸式电力变压器是发电厂和变电所的最主要设备，在整个输变电系统中起到了承上启下的重要作用，一旦发生事故将导致电网大范围瘫痪。同时，由于其内部充有几十、上百吨的绝缘油，在发生事故时，将分解出大量可燃性气体，如果产生的可燃气体数量和压力达到或超过变压器所能承受的临界值，将从变压器箱体的薄弱处喷出，造成火灾甚至爆炸。因此，能否抑止和扑灭初期火灾，其消防系统的合理配置和稳定运行将起到至关重要的作用。1.变压器充油量过大造成的热冲击大型油浸式电力变压器主要由铁芯、线圈、油箱、散热器、绝缘套管、防爆管（安全气道）、油压表以及吸湿器等构件组成。其内部的绝缘衬垫和支架，大多使用纸板、棉纱、布、木料等可燃物；并有大量的起到绝缘、冷却、散热作用的绝缘油（40Mva容量的变压器充油量约为20吨，120Mva容量的变压器充油量约为40吨，800Mva容量的变压器充油量约为120吨）。运行时正常的工作油温一般在50—70℃，最高不超过95℃。因此，一旦箱体内发生短路、过载等故障，特别是当温度达到400℃时，可燃的绝缘材料和绝缘油会受到高温和强电弧的作用，开始轻微分解、膨胀以致气化，分解出甲烷、乙炔和丙烷等饱和碳氢化合物；当温度达到800℃时，会分解出乙烯、丙稀等不饱和碳氢化合物。如果变压器内部硅钢片的层间绝缘被破坏，使铁芯局部过热，温度将超过800℃，这时变压器油几乎全部分解为氢、甲烷、乙炔。而且变压器在高能放电的情况下可使局部温度高达3000℃，在高温下生成的可燃气体使变压器内部的压力急剧增加。如果继电保护装置未能准确及时地动作，箱体内的温度将急速上升，造成被气化的变压器油的体积也随之急速膨胀，当达到箱体所能承受压力的临界值时，被气化的变压器油将从箱体的最薄弱处喷出，变压器爆炸、燃烧。同时，燃烧的流淌油火又将进一步扩大火灾的危害，导致大范围电网的瘫痪，影响正常的生产生活，造成巨大的经济损失甚至人员伤亡事故。2.油浸式电力变压器故障诊断(1）油浸变压器的层间、匝间、相间、硅钢片间、高低压线圈之间及对地间发生短路事故时，将使温度迅速升高，引起火灾。(2）油箱、套管等构件因渗油、漏油在箱体外表面形成污垢，如遇明火将引起燃烧。(3）超负载运行，引起温度升高，造成绝缘不良，如果此时保护系统整定值设置过大，会将变压器烧毁。(4）大型油浸式电力变压器大多还连接架空线路，而架空线易遭到雷击，使变压器被强电压侵袭，击穿变压器的绝缘，甚至烧毁变压器，引起火灾。(5）铁芯叠装不良，芯片间绝缘老化，引起铁损增加，造成变压器过热，如果此时保护系统不能稳定启动，就将烧毁变压器。(6）由于螺栓松动、焊接不牢、分接开关接点损坏，线圈内部的接头、线圈之间的连接点、引至高、低压瓷套管的接点以及分接开关上各接点的接触点不良，都会产生局部过热，从而破坏线圈绝缘，发生短路或断路故障。总之，为了防止大型油浸变压器火灾事故的发生，不仅要提升变压器自身的电气和机械性能，还应当配合适当的消防设备，这样才能保障电力供应的安全稳定。3.常用的灭火系统当前油浸式大型变压器常见的灭火设施有水喷雾式灭火系统、排油注氮式灭火系统、二氧化碳式灭火系统、细水雾灭火系统、合成型泡沫喷雾灭火系统等，针对户外、室内、地下、发电厂等不同的场合，应根据不同环境选择最合适的系统。这里结合本人在实际工作中的一些情况谈谈本人的选型建议。3.1变压器火灾关闭由本人主责承办消防审验的福州市永泰县青云220KV变电站的排油注氮灭火系统具有出色的防爆性能。变压器内部故障时产生的高温使变压器油分解出大量的可燃气体，使瓦斯继电器动作，发出信号。当故障进一步发展，使变压器着火时，安装在变压器上部的火灾探测器也随之动作，启动阀门开启装置，打开放油阀，将变压器内部的油迅速排放掉，预应力止回阀在油流短时迅速排放时关闭，将油枕的油和箱体内的油分开。放油阀打开使管路内油压发生变化，使恒压继电器动作，氮瓶内的氮气将从变压器底部两侧多孔管吹入，在与变压器箱体内的油接触交换热量后，促使上部油温迅速下降。油排出后的箱体内空间充满了氮气，将着火的油面与空气隔绝，使火灾在短时间内熄灭。该系统已发展集成化，该集成化的低成本和出色的灭火性能必将使其在该领域获得更加长足的发展。3.2储罐明床由本人主责承办消防审验的福州市永泰县嵩口110KV变电站合成型灭火体统改造工程，该系统是以表面活性剂和适量的添加剂为基料制成的泡沫灭火剂，具有稳定性好、使用寿命长、抗烧时间长、环保、灭火性能高的特点。该系统将合成灭火剂和水按一定比例混合于储罐中，当发生火灾时，通过火灾自动报警联动控制或手动控制，启动高压氮气动力源，利用高压氮气推动储液罐内的灭火剂，经过喷嘴雾化后，将其喷射到燃烧物上，借助水雾与泡沫液的冷却、窒息、乳化、覆盖、隔离等作用实现迅速高效地灭火。其造价低、体积小、灭火效率高等优点将使该系统的应用进一步地发展。3.3空间全没收、全未灭火该灭火系统适用于安放在室内使用的变压器，该系统由喷头、管网、钢瓶、钢瓶分盘、二氧化碳灭火剂组成，配合采用空间全淹没方式灭火。其原理是在封闭的变压器室内里的四周布置喷头，通过管道与二氧化碳气瓶相连接，当发生火灾时，液态的二氧化碳从喷头喷出并立即气化，在气化的过程中带走大量的热量，同时冲淡了燃烧区域的可燃气体和空气中的氧气浓度，起到了迅速冷却窒息灭火的作用。3.4灭火系统该系统是早期大型油浸式电力变压器所采用的最主要的灭火系统，其原理是把高压水通过变压器周围的喷嘴喷出形成雾状水幕，利用水雾的冲击、吸热、窒息、覆盖、乳化等作用，熄灭火焰，阻止火势的蔓延。3.5系统环保设计该系统同水喷雾灭火系统的灭火机理相似，其灭火原理主要是冷却、窒息、阻隔热辐射，灭火效能高。由于该系统喷嘴口要比水喷雾系统的喷嘴口小，因此相同体积的水在该系统中获得的体积膨胀率和水雾表面积比水喷雾系统要大得多，因此灭火效率也更高，同时系统不需要配备专门的消防水池，仅需要一个较小的消防水池或者水罐即可，大幅降低了投资成本，经济实用。该系统造价低、体积小、灭火效率高等优点必将让该灭火系统成为今后发展的主流趋势。3.6细水雾式灭火系统针对户外大型变压器的消防设施建议采用水喷雾式或排油注氮式灭火系统。水喷雾式灭火系统可以利用其优势扑救和防止火灾的蔓延的特点，排油注氮式灭火系统可以利用其出色的防爆性能来控制火灾事故，而细水雾式灭火系统因水速与压力成平方根关系增加，质量与滴径以三次方关系减少，因而细水雾的水雾滴径要比水喷雾的要小得多，没有足够的动能来冲击燃烧物，如果是遇到大风的天气时，细水雾将更不易于穿透冲击火场，降低了灭火效果。3.7采用排油注氮、细水雾式、二氧化碳式灭火系统因为该场所的空间较为密封，且不易排水，所以建议采用排油注氮式、细水雾式或二氧化碳式灭火系统，不但可以提高灭火效率，而且由于设备较简单，又不用配备水喷雾式灭火系统，使成本降低。3.8得导电率较低针对此类场所都有较为可靠的消防水源，且水质好，使得导电率较低。同时，由于该类场所的负荷率普遍较高，发生火灾的概率也较高，因此，采用水喷雾式灭火系统，并配置可靠的雨淋系统，会有比较好的灭火效果。4.消防安全管理为确保大型油浸式电力变压器的消防安全，预防、减少火灾的危害，保障人身和财产安全，应认真贯彻执行与消防安全相关的国家法规和行业标准，熟悉掌握变压器具体的消防安全情况，定期组织专项防火检查并落实火灾隐患整改，及时处理涉及变压器消防安全的